二氧化碳可变身汽油?中国科学家给出肯定答案

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  • 二氧化碳转换示意图。

    空气中常见的二氧化碳,可以直接制成汽油、柴油、液化石油气吗?中国科学家们给出了肯定的答案。

    近日,中科院低碳转化科学与工程重点实验室暨上海高研院—上海科技大学低碳能源联合实验室在二氧化碳(CO2)利用领域取得重大进展,创造性地采用氧化铟/分子筛双功能催化剂,实现了CO2一步转化高选择性得到液体燃料(汽油等高碳烃类化合物)。该研究成果于近日在《自然-化学》杂志上在线发表,并已申报中国发明专利和国际PCT专利。

    为什么要把CO2变成汽油?

    由于能源需求的日益增长,化石燃料的消耗与CO2排放总量快速上升,而替代能源(太阳能、风能等)大规模使用却受限于其固有的间歇性、波动性与随机性。汽油和航空煤油等烃类化合物是重要的液体运输燃料,在世界范围内应用广泛、具有很高的经济价值。诺贝尔化学奖获得者奥拉教授提出了“人工碳循环”的概念,如果借助替代能源将CO2直接转化为液体燃料,可使得整个碳循环有效。

    因此,科学家们借助可再生能源电解水制得的氢气,将CO2转化为有用的化学品或燃料,可一举三得——帮助解决大气中CO2浓度增加导致的环境问题、化石燃料的过度依赖以及可再生能源的存储问题。

    目前,CO2资源化利用的研究主要集中在甲醇、甲酸、甲烷等简单碳一(C1)分子化合物的合成,由于CO2分子的化学惰性以及C–C键形成的动力学障碍,将其转化为含有两个碳原子及以上的产物,仍然是一个巨大挑战。

    长期以来,由于缺乏有效的催化剂体系,将CO2直接合成高碳烃类化合物的研究较少。现有的CO2合成高碳烃类化合物的研究主要围绕改性的铁基费托催化剂,副产物甲烷通常大于6%。中科院低碳转化科学与工程重点实验室将C=O键活化与C–C键偶联功能有效耦合在一起,成功设计出了In2O3/HZSM-5双功能催化剂,在CO2高选择性转化为高碳烃方面取得突破。烃类产物中,汽油烃类组分(C5至C11)的选择性高达近80%,而CH4小于1%。此外,研发团队已完成了催化剂制备放大并得到高机械强度的工业尺寸颗粒催化剂,在工业条件下该催化剂体系具备了示范应用的条件。

    除了汽油烃类组分,通过调控该催化剂体系的分子筛孔径,还可以高选择性地将CO2直接转化为液化石油气乃至柴油。

    该工作得到了《自然-化学》审稿人的高度评价,被认为是CO2转化领域的一大突破,为CO2转化为化学品及燃料提供了重要的平台。


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